第四屆“創(chuàng)意光電”科普大賽參賽作品展示（5）：實(shí)現(xiàn)各類形狀、大小光斑的高斯光束整形技術(shù)

實(shí)現(xiàn)各類形狀、大小光斑的高斯光束整形技術(shù)

作者：付小健

1960年，世界上第一臺(tái)激光器誕生，激光憑借著優(yōu)良的單色性、平行度和高功率密度等優(yōu)點(diǎn)在諸多領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。典型的激光光束強(qiáng)度分布為高斯形狀。不同的場(chǎng)合對(duì)光束的需求不同，在非線性光學(xué)中，激光抽運(yùn)技術(shù)則需要光強(qiáng)呈現(xiàn)均勻分布；在激光電視中用以投影的光源需呈現(xiàn)平頂分布；切割、焊接、熔覆和激光退火等則對(duì)光斑的大小、性狀、光強(qiáng)分布和焦深都有一定的要求。

一、激光整形的“手術(shù)刀”

激光光束整形常指采用光束整形透鏡、鏡片、微透鏡或者不同形狀光纖對(duì)光斑實(shí)現(xiàn)勻化效果，目前為止，有多種整形技術(shù)被提出，其中包含折射式、衍射式和積分式。折射式主要是非球面透鏡，衍射式有衍射光學(xué)元件(DOE)，積分式涵蓋微透鏡陣列和積分棒或者波導(dǎo)管。

非球面透鏡整形原理

通過(guò)能量守恒定律建立輸入與輸出的映射關(guān)系，通過(guò)非球面對(duì)光能重新分配，第二片非球面透鏡對(duì)第一片非球面透鏡引起的相位差進(jìn)行校正，使在滿足能量守恒的同時(shí)，滿足所有的光線等光程。

2、DOE整形原理

DOE元件表面上有一層薄薄的凸起結(jié)構(gòu)。與穿過(guò)其他區(qū)域的光相比，光穿過(guò)凸起區(qū)域時(shí)會(huì)受到延遲，從而形成相位分布。該相位分布然后塑造遠(yuǎn)場(chǎng)光束的強(qiáng)度。

3、反射型微透鏡整形原理

基于幾何光學(xué)的折射原理，將一個(gè)完整的激光波前在空間上分成許多微小的部分，每一部分被相應(yīng)的小透鏡聚焦在焦平面上，光斑進(jìn)行重疊，從而實(shí)現(xiàn)在特定區(qū)域?qū)⒐饩鶆蚧?/p>

二、激光整形的實(shí)際應(yīng)用

上圖（g）中,采用不均勻光斑時(shí)溝槽邊緣不規(guī)則而且有大面積的熱影響區(qū)域；采用均勻光斑時(shí)，溝槽邊緣平整而且輪廓清晰幾乎沒(méi)有熱影響區(qū)。

上圖（h）是采用基模高斯光斑和經(jīng)整形系統(tǒng)后均勻光斑激光雕刻效果對(duì)比圖，直接采用 TEM00光斑雕刻在中心形成一個(gè)不規(guī)則的洞，而通過(guò)整形系統(tǒng)的光束加以控制深度得到良好的效果。